在信息化時(shí)代，數(shù)據(jù)就是一切。硬盤作為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地方，重要性不言而喻。要避免硬盤數(shù)據(jù)不因各種誤操作而丟失，用戶就必須對(duì)硬盤結(jié)構(gòu)及其工作原理有充分了解。在開篇的第一章節(jié)，我們將重點(diǎn)就硬盤結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行講解。

　　一、硬盤結(jié)構(gòu)

　　硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)由固定面板、控制電路和板、磁頭、盤片、主軸、電機(jī)、接口及其它附件組成，其中磁頭盤片組件是構(gòu)成硬盤的核心，它封裝在硬盤的凈化腔體內(nèi)，包括有浮動(dòng)磁頭組件、磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、盤片、主軸驅(qū)動(dòng)裝置及前置讀寫控制電路這幾個(gè)部份。
 

圖1 硬盤主要組件

　　圖1是硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，包括磁盤盤片、主軸、讀寫磁頭、傳動(dòng)手臂、傳動(dòng)軸以及反力矩彈簧裝置。下面先就這盤片、主軸、磁頭做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

　　1、盤片

　　盤片是硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的載體。盤片的基板由金屬或玻璃材質(zhì)制成，基板要求表面光滑而平整，基板表面被涂上一層不含雜質(zhì)且及其細(xì)密的磁粉，每個(gè)磁性粒子存在N、S極，磁頭通過改變這些磁性粒子的N、S極狀態(tài)來達(dá)到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的目的。通常一個(gè)硬盤內(nèi)部包含有多張盤片。

　　2、磁頭

　　盤片是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地方，而磁頭是讀取數(shù)據(jù)的工具。磁頭是硬盤中最精密的部件之一。磁頭組件主要由讀寫磁頭、傳動(dòng)手臂和傳動(dòng)軸三個(gè)部分組成。磁頭與盤片之間采用了非接觸式讀取方式，硬盤在加電后，主軸帶動(dòng)盤片高速旋轉(zhuǎn)，氣流將磁頭托起，一般而言，盤片與磁頭之間的距離保持在0.1～0.3um，這樣磁頭就不會(huì)劃傷盤片，而且可以達(dá)到很好的信噪比。

　　3、主軸

　　主軸組件包括軸承和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。隨著硬盤容量的擴(kuò)大和速度的提高，主軸電機(jī)的速度也在不斷提升，有廠商開始采用精密機(jī)械工業(yè)的液態(tài)軸承電機(jī)技術(shù)。在關(guān)注硬盤的讀寫速度上，用戶往往會(huì)關(guān)注轉(zhuǎn)速，如5400rpm、7200rpm，這表示主軸轉(zhuǎn)速。
 

圖2 磁頭及其驅(qū)動(dòng)電路

　　圖2是控制磁頭讀寫數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)電路，包括電磁線圈電機(jī)磁頭驅(qū)動(dòng)小車、前置控制電路、傳動(dòng)手臂、讀寫磁頭，以及傳動(dòng)軸。

　　4、磁頭驅(qū)動(dòng)器

　　硬盤的尋道是靠移動(dòng)磁頭，而移動(dòng)磁頭則需要該機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)。磁頭驅(qū)動(dòng)器由電磁線圈電機(jī)、磁頭驅(qū)動(dòng)小車、防震動(dòng)裝置構(gòu)成，高精度的輕型磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠?qū)Υ蓬^進(jìn)行正確的驅(qū)動(dòng)和定位，并能在很短的時(shí)間內(nèi)精確定位系統(tǒng)指令指定的磁道。

　　5、前置控制電路

　　前置控制電路控制著磁頭感應(yīng)的信號(hào)、主軸電機(jī)調(diào)速、磁頭驅(qū)動(dòng)和伺服定位等，由于磁頭讀取的信號(hào)微弱，將放大電路密封在腔體內(nèi)可減少外來信號(hào)的干擾，提高操作指令的準(zhǔn)確性。
 

圖3 硬盤控制電路板

　　圖3為硬盤控制電路板，位于硬盤背面，將背面電路板的安裝螺絲擰下，翻開控制電路板即可見到控制電路。大多數(shù)的控制電路板都采用貼片式焊接，它包括主軸調(diào)速電路、磁頭驅(qū)動(dòng)與伺服定位電路、讀寫電路、控制與接口電路等。在電路板上還有一塊ROM芯片，里面固化的程序可以進(jìn)行硬盤的初始化，執(zhí)行加電和啟動(dòng)主軸電機(jī)，加電初始尋道、定位以及故障檢測(cè)等，在電路板上還安裝有容量不等的高速數(shù)據(jù)緩存芯片。

　　二、硬盤工作原理

　　通過前面的介紹，相信用戶對(duì)硬盤的結(jié)構(gòu)有了一定了解。硬盤的工作原理是利用特定的磁粒子的極性來記錄數(shù)據(jù)。在磁盤盤片上有很多細(xì)小的帶極性(N極和S極)的磁性粒子，磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，將磁粒子的不同極性轉(zhuǎn)換成不同的電脈沖信號(hào)，再利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將這些原始信號(hào)變成電腦可以使用的數(shù)據(jù)，寫的操作正好與此相反。下面來講講硬盤從通電到斷電的整個(gè)工作過程。

　　第一步：硬盤初始化

　　硬盤接通電源之后，圖3控制電路中的單片機(jī)初始化模塊進(jìn)行初始化工作，這一過程包括執(zhí)行加電和啟動(dòng)主軸電機(jī)，加電初始尋道、定位以及故障檢測(cè)等。初始化工作完成后，主軸電機(jī)將啟動(dòng)并高速選擇，裝載磁頭的小車機(jī)構(gòu)移動(dòng)(見圖2)，將浮動(dòng)磁頭置于盤片表面的00道，處于等待指令的啟動(dòng)狀態(tài)。

　　第二步：指令接收與處理

　　當(dāng)接口電路接收到微機(jī)系統(tǒng)傳來的指令信號(hào)，通過前置放大控制電路，驅(qū)動(dòng)音圈電機(jī)發(fā)出磁信號(hào)，根據(jù)感應(yīng)阻值變化的磁頭對(duì)盤片數(shù)據(jù)信息進(jìn)行正確定位，并將接收后的數(shù)據(jù)信息解碼，通過放大控制電路傳輸?shù)浇涌陔娐�，反饋給主機(jī)系統(tǒng)完成指令操作。

　　接口電路接收指令?前置放大控制電路放大信號(hào)?驅(qū)動(dòng)音圈發(fā)出磁信號(hào)?磁頭對(duì)盤片數(shù)據(jù)定位?信號(hào)解碼?放大控制電路放大信號(hào)并傳輸給接口電路?接口電路反饋給主機(jī)。

　　第三步：斷電后狀態(tài)處理

　　結(jié)束硬盤操作的斷電狀態(tài)，在反力矩彈簧的作用下浮動(dòng)磁頭駐留到盤面中心。

　　注意：相對(duì)處理器以及內(nèi)存的性能提升速度，硬盤讀寫性能的提升相對(duì)較慢。因此，計(jì)算機(jī)的性能瓶頸往往集中于此。為解決這個(gè)問題，在硬盤中有一個(gè)存儲(chǔ)緩沖區(qū)，目的是協(xié)調(diào)硬盤與主機(jī)在數(shù)據(jù)處理速度上的差異。

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本文標(biāo)題：硬盤結(jié)構(gòu)及其工作原理

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